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不锈钢酸洗钝化原理

发布时间:2022-09-24 05:25:00点击:60

必要性

奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性、耐高温氧化性、良好的低温性能和优良的机械加工性能。因此,它被广泛应用于化工、石油、动力、核工程、航空航天、海洋、医药、轻工业、纺织等部门。其主要目的是防止腐蚀和生锈。不锈钢的耐腐蚀性主要取决于表面钝化膜,如果膜不完整或有缺陷,不锈钢仍会被腐蚀。酸洗和钝化处理通常在工程中进行,以增加不锈钢的耐腐蚀潜力。在不锈钢设备和零件的成型、组装、焊接、焊接检查(如检测、耐压试验)和施工标志中,这些材料影响不锈钢设备和零件的表面质量,破坏其表面的氧化膜,降低钢的综合腐蚀性能和局部腐蚀性能(包括腐蚀、间隙腐蚀),甚至导致腐蚀。

不锈钢表面清洗、酸洗和钝化不仅可以限度地提高耐腐蚀性,还可以防止产品污染,获得美观。GB150《压力容器》规定,“不锈钢和复合钢板制成的具有防腐要求的容器表面应进行酸洗和钝化”。这项规定是针对石化工业中使用的压力容器,因为这些设备用于直接接触腐蚀介质,从保证耐腐蚀性和耐腐蚀性开始,需要提出酸洗和钝化。对于其他工业部门,如果不是为了防腐目的,只是基于清洁和美观的要求,而使用不锈钢不需要酸洗和钝化。但是,不锈钢设备的焊缝也需要进行酸洗和钝化。对于核工程,除酸洗和钝化外,一些化学装置和其他严格的使用要求,还应使用高纯度介质进行终的精细清洗或机械、化学和电解抛光。

原理

不锈钢的耐腐蚀性主要是由于表面覆盖了一层非常薄的(约1)nm)致密钝化膜是不锈钢保护的基本屏障。不锈钢钝化具有动态特性。它不应被视为完全停止腐蚀,而是形成一个扩散的屏障层,这大大降低了阳极的反应速度。通常,当有还原剂(如氯离子)时,薄膜倾向于损坏,而当存在氧化剂(如空气)时,薄膜可以保持或修复。

不锈钢工件放置在空气中会形成氧化膜,但这种膜的保护不完善。通常需要彻底清洗,包括碱洗和酸洗,然后用氧化剂钝化,以确保钝化膜的完整性和稳定性。酸洗的目的之一是为钝化处理创造有利条件,保证钝化膜的形成。由于酸洗,不锈钢的平均表面为10μm一层厚表面被腐蚀,酸液的化学活性使缺陷部分的溶解率高于表面其他部分。因此,酸洗可以使整个表面趋于均匀平衡,去除一些容易引起腐蚀的隐患。但更重要的是,通过酸洗钝化,铁的氧化物优先于铬和铬的氧化物,去除不良铬层,导致不锈钢表面的铬富集,这种富铬钝化膜的电位可以达到+(SCE),接近贵金属的电位提高了耐腐蚀性。不同的钝化处理也会影响薄膜的组成和结构,从而影响不锈钢的性质。例如,通过电化学改性处理,钝化膜可以具有多层结构,并在屏障层中形成CrO3或Cr2O3、或形成玻璃状氧化膜,使不锈钢能发挥的耐腐蚀性。

国内外学者对不锈钢钝化膜的生成进行了大量研究。近年来,北京科技大学对316进行了研究L光电能谱钢钝化膜(xps)以[1]为例。不锈钢钝化是由于某种原因,表面层被水分子溶解和吸附,在氧化剂的催化下形成氧化物和氢氧化物,并形成不锈钢cr,Ni,Mo元素转换反应,终形成稳定的相膜,防止膜的破坏和腐蚀。

方法与工艺

3.1酸洗钝化处理方法比较

根据不同的操作,不锈钢设备和零件的酸洗和钝化处理方法有很多,对比如下:

浸渍方法:用于可放入酸洗罐或钝化罐的零件,但不适用于大型设备。酸洗液可长期使用,生产效率高,成本低;大容量设备充满酸浸渍液,消耗过多。

涂装方法适用于大型设备及局部处理,物工操作,劳动条件差,酸液不能回收。

粘贴方法:用于安装或维修现场,特别是焊接部门处理人工操作,劳动条件差,生产成本高。

喷淋方法:用于安装现场,大容器内壁用液量低,成本低,速度快,但需配置喷枪和循环系统。

循环方式:用于热交换器、管壳等大型设备,便于处理和施工,酸液可重复使用,但需要管道和泵连接循环系统

电化学方法:现场设备的表面处理技术比较复杂,需要DC电源或恒电位计。

3.2.1一般处理依据ASTMA380-1999,以300系列不锈钢为例,

(1)酸洗剂HNO36%~25%+HF0.5%~8%(体积分数)℃;需要时间;或药剂柠檬酸铵5%~10%(质量分数);温度49~71℃;时间10~60min。

(2)钝化药剂HNO20%~50%(体积分数)℃;时间10~30min;或温度2l~38℃;时间30~60min;或药剂HNO320%~50%+Na2Cr207H202%~6%(质量分数)℃;时间15~30min;或温度21~38℃;时间30~60min。

(3)除鳞酸洗剂H2SO48%~11%(体积分数)℃;6时间5~45min;及药剂HNO36%~25%+HF0.5%~8%(体积分数)℃;或HNO315%~25%+HFl%-8%(体积分数)

3.2.2.膏剂处理

(1)以广州石化尿素不锈钢新设备内表面焊缝及母材钝化及维修表面打磨焊缝局部钝化为例,酸洗膏:

25%HNO~+4%HF+7l%冷凝水(体积分数)和BaSO,调至糊状。钝化膏:

30%HNO3或25%HNO3+1%(质量分数)K2Cr207与BaSO7调至糊状。涂层表面5~30min,用冷凝水冲洗至pH=7、喷洒过氧化氢的化学钝化方法也可用于单台设备。

(2)以上海大明铁厂专利为例。酸洗钝化膏:

HN08%~14%()

HFl0%~15%(作为腐蚀剂);硬脂酸镁2.2%~2.7%(作为增稠剂)

硝酸镁60%~70%(作填料,提高粘附性和渗透性);多聚磷酸钠2.3%~2.8%(作为缓蚀剂);水(调节粘度)。

3.2.3电化学法处理

以厦门大学专利为例,其处理方法是:处理不锈钢工作阳极,控制阳极处理的恒定电位,或不锈钢工作阴极,控制阴极处理的恒定电位,然后不锈钢工作阳极,控制阳极处理的恒定电位,并继续改变钝化处理的恒定电位,使用电解质溶液HN03。经过这样的处理,不锈钢的钝化膜性能得到了改善,耐腐蚀性得到了很大的提高。点蚀临界电位电位。(Eb)提高约1000mV(在3%NaCl中等),提高三个数量级的耐均匀腐蚀性(45)℃的20%~30%H2S04中)。

应用范围

4.1不锈钢设备制造过程中的酸洗钝化处理

4.1.1切削后的清洗和酸洗钝化

不锈钢工件切割后,铁屑、钢屑、冷却乳液等污垢通常残留在表面,会造成不锈钢表面的污渍和锈蚀。因此,应进行脱脂和脱脂,然后用硝酸清洗,这不仅可以去除铁屑,还可以进行钝化。

4.1.2焊接前后的清洗和酸洗

由于油脂是氢的来源,在没有去除油脂的焊缝中会形成气孔,而低熔点金属污染(如富锌涂料)在焊接后会导致开裂。因此,在焊接不锈钢之前,必须在两侧使用坡口和20mm内表面表面,用丙酮擦洗油污,用砂布或不锈钢丝刷清除油漆锈,然后用丙酮擦拭。无论采用何种焊接技术制造不锈钢设备,焊接后应清洗,并清除所有焊渣、飞溅物、污渍和氧化物。清洗方法包括机械清洗和化学清洗。机械清洗包括研磨、抛光和喷砂


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